[实用新型]模压挤塑透镜化光导管

说明书

一、技术领域

本实用新型属于光子集成技术、光传感技术以及生物医学技术领域，涉及一种模压挤塑透镜化光导管。

二、技术背景

在光子集成领域现有的光纤-芯片间高效的耦合方式主要包括模斑变换器(Spot SizeConverter，SSC)和透镜光纤两种。透镜光纤可以改变光纤端面以实现单模光纤和光波导的有效耦合。如将光纤端面加工成球面、锥形或者用光致抗蚀剂在光纤端面制作一个微透镜都可以提高单模光纤和光波导耦合效率。透镜光纤利用光纤技术的优势，改变光纤端面的形状和大小，其实质就是在光纤和光波导之间加接一个透镜，以求单模光纤和光波导模场的最佳匹配和数值孔径的最大吻合，解决了影响光纤和光波导有效耦合的主要问题。根据光纤端面的透镜结构，可分为锥形透镜光纤和楔形透镜光纤，端面系由单模光纤在显微镜和高倍率工业相机帮助下用特殊的熔接仪或研磨机拉锥或磨锥加工而成，只能得到一定的透镜曲率半径和楔角，且制作复杂、成本高。

液芯光导管是一种新型结构的光传输产品，它采用液体材料作为芯层、聚合物材料作为光学包层和保护层，具有大芯径、大数值孔径、光谱传输范围广、光谱传输效率高、使用寿命长的特点。特别是该种光导管的芯层截面完全由同一种材料构成，可以避免玻璃或石英光纤传光束中因单丝集束时的空隙率引起的耦合损耗；能够传输数百瓦的光辐射而不被损坏；不存在玻璃或石英光纤传光束因使用中的反复弯曲导致日益严重的断丝和传光效率下降的问题。这种光导管有优异的紫外波段光传输能力，并且能传输高达数百瓦的大功率光能量，可以适用于大功率的光源。其结构简单，性能稳定。液芯光导管主要应用于光谱治疗、紫外固化、紫外光刻、荧光检测、刑侦取证等方面。现有液芯光导管的输出端都是平面光窗，根据光窗玻璃的外径不同，有从3mm～10mm几种大小不等的光斑输出，但难已得到小于3mm的光斑，从而大大限制了其应用范围。

三、实用新型内容

本实用新型提供一种能够提高透光率和可靠性的模压挤塑透镜化光导管。

本实用新型采用如下技术方案：

一种用于工业现场、实验室等场合的模压挤塑透镜化光导管，包括：光导管，在光导管的端部设有透镜。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型可以利用熔融态的透镜材料冷凝后收缩，直接并紧紧包住光导管端部，与光导管形成牢固可靠的连接，而避免用胶粘接，避免了由于胶的光学和理化特性与光导管和镜头的不同带来的透光率和可靠性下降等问题。模压挤塑透镜化光导管制备成本低、简单易行、前端透镜稳固可靠。模压挤塑透镜化光导管的前端透镜材料聚甲基丙烯酸甲酯PMMA和全氟树脂PF在金属模具中经电炉丝加热，温度升高到300℃以内分别熔融。因透镜材料熔点较低，则对金属模具、电炉丝加热和保温套保温要求不高，均可以采用常规技术手段。所以金属模具无需耐高温、电炉丝无需大电流工作、保温材料无需严格隔热。对于模压挤塑透镜化单模光纤，不同的模具可得到不同形状的透镜，输出光斑模场直径在1.5～1.8um之间，一方面实现和光子芯片模场的最佳匹配，从而完成光纤-光子芯片的高效耦合；一方面得到微米级光纤探针，用于生物医学和光传感领域；对于模压挤塑透镜化紫外液芯光导管，不同的模具可得到不同形状的透镜，相对于传统的紫外液芯光导管可输出模场直径小于3mm的光斑，应用于小照射范围、大照射剂量的场合。

四、附图说明

图1为端部设有透镜的光导管示意图。

图2为单模光纤前置PMMA透镜输出光场图(球透镜r＝4um，n＝1.49)。

图3为单模光纤前置PMMA透镜输出光场图(球透镜r＝62.5um，n＝1.49)。

图4为紫外液芯光导管前置PF透镜输出光场图(球透镜r＝500um，n＝1.34)。

五、具体实施方式

如图1所示，一种用于工业现场、实验室等场合的模压挤塑透镜化光导管，包括：光导管1，其特征在于，在光导管的端部设有透镜2，所述光导管1为单模光纤，所述透镜2为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA透镜，所述光导管1为紫外液芯光导管，所述透镜2为全氟树脂PF透镜。

本实用新型可以采用如下方法来制备：取一金属模具，所述金属模具的内腔形状与透镜形状相吻合，在金属模具的内腔上方设置能与光导管1相匹配的光导管插入口，在金属模具的内腔中加入透镜材料，并对透镜材料进行加热，使透镜材料熔化，再将光导管1从金属模具内腔上方的光导管插入口压入，直至光导管1浸入熔融的透镜材料中，此后，停止加热并冷却，在光导管1的端部形成透镜2，卸下金属模具，得到模压挤塑透镜化光导管。所述透镜材料可以采用聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，加热温度为180～240℃。光导管1取单模光纤，其输出光斑模场直径为8～10um，透镜材料为PMMA，在波长1550nm处折射率n＝1.49，通过模压挤塑方式与单模光纤构成透镜化耦合结构。它可以传输近红外光，改变透镜的参数(折射率/形状/尺寸等)输出光斑模场直径在1.5～1.8um之间变化，压缩了单模光纤输出光斑的大小，一方面实现和光子芯片模场的最佳匹配，从而完成光纤-光子芯片的高效耦合；一方面得到微米级光纤探针，用于生物医学和光传感领域。图2为单模光纤前置PMMA透镜(球透镜r＝4um，n＝1.49)输出光场Hy图，可见输出圆光斑直径1.5um。图3为单模光纤前置PMMA透镜(球透镜r＝62.5um，n＝1.49)输出光场Hy图，可见输出圆光斑直径1.8um。所述透镜材料还可以采用全氟树脂PF，加热温度为250～280℃。光导管1取紫外液芯光导管，可以传输波长范围为365nm～436nm的紫外线，透镜材料为PF，在波长365nm处折射率n＝1.34，通过模压挤塑方式与紫外液芯光导管构成透镜化耦合结构。由于PF透镜的汇聚作用，可以输出模场直径小于3mm的光斑，应用于小照射范围、大照射剂量的场合。图4为紫外液芯光导管前置PF透镜(球透镜r＝500um，n＝1.34)输出光场Hy图，可见输出圆光斑直径24mm。